Was sind Inline-Ventile und -Ventilbatterien?
Questo articolo spiega cos'è e come funziona un collettore di valvole.
Was sind Inline-Ventile und -Ventilbatterien?
Die am häufigsten verwendeten Bauformen sind InLine-Ventile - „Inline“ bedeutet, dass der Pneumatik-Schlauch direkt an das Ventil angeschlossen wird.
Das Montieren von Inline-Ventilen auf Grundplatten bietet den Vorteil, dass mehrere Ventile über einen gemeinsamen Druckanschluss versorgt und über eine gemeinsame Entlüftung entlüftet werden. Die Arbeitsanschlüsse werden individuell angeschlossen.
Inline-Ventile sind auch bekannt als Wegeventile oder Magnetventile - montiert auf Grundplatten nennt man diese Ventilbatterien.
Ventilbatterien haben im Servicefall den Vorteil, gewechselt werden zu können, ohne dabei die Schläuche entfernen zu müssen. Obwohl Ventilbatterien etwas teurer in der Anschaffung sein können als InLine-Ventile, können sie die Instandhaltungszeit und das Fehlerrisiko bei der Installation deutlich senken.
Ventilbatterien können einfach an der Dichtfläche abgeschraubt und entfernt werden.
Ventilbatterien reduzieren zudem die Anzahl der zusätzlich benötigten Komponenten. Im Vergleich mit InLine-Ventilen werden insbesondere weniger Verschraubungen und Schalldämpfer benötigt.
Wie funktionieren Inline-Ventile und Ventilbatterien?
Inline-Ventile und Ventilbatterien sind im Grunde genommen Ventile – ein Ventil ist ein Bauteil zur Absperrung oder Steuerung des Durchflusses innerhalb eines Systems.
Bevor wir uns mit ihrer Funktionsweise befassen, ist es wichtig, einige Begriffe zu erklären.
Sie werden Bezeichnungen wie 2/2, 3/2 usw. im Zusammenhang mit Ventilen sehen. Die erste Ziffer bezieht sich auf die Anzahl der Anschlüsse an einem Ventil. Es werden dabei nur die Anschlüsse am Grundkörper des Ventils gezählt. Die kleineren Anschlüsse der pneumatischen Betätigung werden nicht berücksichtigt. Die zweite Ziffer bezieht sich auf die Anzahl der Schaltpositionen. Somit hat ein 5/3-Wege-Ventil 5 Anschlüsse und 3 Schaltpositionen.
Welcher Mechanismus ermöglicht es, verschiedene Anschlüsse miteinander zu verbinden oder zu sperren?
Bei einem Kolbenschieberventil gleitet beispielsweise ein Kolbenschieber in einer Bohrung. Während sich der Schieber in der Bohrung bewegt, sperrt oder öffnet das Profil des Schiebers die Verbindung zwischen den Anschlüssen.
Die unterschiedlichen Methoden bei Kolbenschieberventilen werden weiter unten erörtert.
Klar ist, dass der Kolbenschieber betätigt werden muss, damit das Ventil schaltet. Die Ventilbetätigung sendet die Befehle an das Ventil. Sie bestimmt, was das Ventil, wann zu tun hat.
Manuelle Betätigungselemente erfordern menschliches Einwirken, z. B. ein Taster oder Schalter.
Mechanische Betätigungselemente sind prozessbetrieben und werden durch eine Maschine oder einen Prozess ausgelöst, wie z. B. ein Stößel oder eine Tastrolle.
Zu guter Letzt gibt es vorgesteuerte Betätigungselemente, die pneumatisch oder elektrisch angesteuert werden. Pneumatisch betätigte Ventile werden als pneumatisch vorgesteuerte Ventile bezeichnet. Elektrisch betätigte Ventile werden als Magnetventile oder elektrisch vorgesteuerte Ventile bezeichnet und werden entweder direkt oder indirekt betätigt.
Auswahl eines Inline-Ventils
Die wichtigsten Faktoren bei der Auswahl eines Inline-Ventils sind:
Erforderliche Durchflussraten - der Nenndurchfluss durch das Ventil muss ausreichend sein, um die Anforderungen des nachgeschalteten Prozesses zu erfüllen.
Ventilfunktion - erfordert Ihre Applikation z. B. eine 3/2- oder 5/2-Ventilfunktion?
Ventilbetätigung - Wie soll das Ventil betätigt werden? Soll das Ventil manuell durch menschliches Zutun betätigt werden oder mechanisch durch den Prozess innerhalb Ihrer Maschine betrieben werden oder etwa elektrisch oder pneumatisch vorgesteuert werden?
Welche Ruhestellung soll das Ventil haben NC oder NO (Details siehe unten)?
Systembetrachtung - ist eine hohe Schaltfrequenz bzw. hohe Lebensdauer ein entscheidender Faktor, könnte die Art des Kolbenschiebers entscheidend sein (Details hierzu siehe bitte weiter unten).
Umgebungsbedingungen - bei welcher Umgebungstemperatur muss das Ventil arbeiten? Handelt es sich bei dem Prozess um eine raue Umgebung, ist z. B. in ein Explosionsschutz notwendig?
Arten von Inline-Ventilen und Ventilbatterien
Wie bereits erwähnt, gibt es verschiedene Mechanismen, die es bei einem Ventil ermöglichen, verschiedene Anschlüsse miteinander zu verbinden oder zu sperren.
Bei einem Kolbenschieberventil gleitet ein Kolbenschieber in einer Bohrung. Während sich der Schieber in der Bohrung bewegt, sperrt oder öffnet das Profil des Schiebers die Verbindung zwischen den Anschlüssen.
Weichgedichtete Kolbenschieber verfügen über O-Ringe. Wobei sich die O-Ringe mit der Zeit abnutzen können. Die Dichtungen befinden sich entweder am Kolbenschieber, was als dynamischer Dichtungstyp bezeichnet wird, da sich die Dichtungen bewegen, oder werden im Gehäuse fixiert, was als statischer Dichtungstyp bezeichnet wird.
Hartgedichtete Ventile haben keine sich berührenden Teile, was zu weniger Verschleiß und längerer Lebensdauer führt.
Weichgedichtete Kolbenschieber bieten im Vergleich zu hartgedichteten Kolbenschiebern höhere Durchflussraten und geringere Leckagen.
Hartgedichtete Ventile haben keine sich berührenden Teile, was zu weniger Verschleiß und längerer Lebensdauer führt.
Weichgedichtete Ventile haben eine typische Lebensdauer von 30 bis 50 Millionen Schaltzyklen.
Hartgedichtete Ventile haben eine typische Lebensdauer von 250 bis 300 Millionen Schaltzyklen.
Wir erwähnten bereits, dass Ventile verschiedene Ruhestellungen haben können, wie die Sperr-Nullstellung (NC) und die Durchfluss-Nullstellung (NO)
Sperr-Nullstellung (NC) und Durchfluss-Nullstellung (NO) Die Bezeichnung NC stammt aus dem Englischen und steht für "Normally Closed" - im Ausgangszustand befindet sich das System in Ruhestellung. Das Ventil ist nicht betätigt und befindet sich in der Sperr-Nullstellung. Es strömt keine Druckluft.
Das Gegenteil beschreibt die Bezeichnung NO und steht für "Normally Open" - im Ausgangszustand befindet sich das Ventil in der Durchfluss-Nullstellung. In der unbetätigten Ruhestellung strömt Druckluft.
Bei einem 5/3-Wege-Ventil ist die Ruhestellung eine dritte, federzentrierte Schaltposition auch Mittelstellung genannt, welche drei Optionen mit sich bringt:
APB steht für "All Ports Blocked" und bedeutet "Mittelstellung gesperrt" - alle 5 Anschlüsse sind verschlossen, kein Durchfluss.
COE steht für "Centre Open Exhaust" und bedeutet "Mittelstellung entlüftet" - der Druckluftanschluss 1 ist gesperrt und die Arbeitsanschlüsse 2 und 4 sind entlüftet, dadurch wird die Druckluft entlüftet.
COP steht für "Centre Open Pressure" und bedeutet "Mittelstellung belüftet" - beide Arbeitsanschlüsse 2 und 4 sind belüftet. Die Entlüftungsanschlüsse sind gesperrt, die Druckluft befindet sich im System.
Typische Anwendungen für ein Inline-Ventil und eine Ventilbatterie
Ventile werden in einer Vielzahl von industriellen Anwendungen eingesetzt. Ein Ventil dient entweder der direkten Betätigung eines Zylinders, pneumatischen Werkzeugs oder Druckluftmotors oder der Vorsteuerung zur Aktivierung weiterer Komponenten des Systems. Ein 3/2-Ventil wird beispielsweise zur Steuerung eines einfachwirkenden Zylinders verwendet:
Und ein 5/2-Ventil zur Steuerung eines doppeltwirkenden Zylinders:
Wenn ein Prozess mehrere Ventile erfordert, ist es effizient, eine Ventilbatterie zu verwenden, um die erforderliche Anzahl von Ventilen zu montieren; diese "Zentralisierung" ist besonders nützlich, wenn die Ventile aufgrund von rauen Umgebungsbedingungen in einem Gehäuse wie z.B. einen Schaltschrank untergebracht werden müssen.
Brauche ich noch etwas für ein Inline-Ventil?
Für die meisten InLine-Ventile sind Verschraubungen notwendig, um Pneumatik-Schläuche anbringen zu können. Ein 3/2-Wege-Ventil benötigt ggf. drei Verschraubungen
ein 5/2- oder 5/3-Wege-Ventil benötigt ggf. fünf Verschraubungen. Wenn es sich bei Ihrem Ventil um ein pneumatisch betätigtes Ventil handelt, benötigen Sie zusätzliche Verschraubung für die Betätigung.
Ventile mit Entlüftungsanschluss benötigen einen Schalldämpfer, um das Eindringen von Schmutz in die Entlüftungsanschlüsse zu verhindern. Elektrisch betätigte Ventile bzw. Magnetventile benötigen Stecker und Kabel, um diese an die Maschine, sprich SPS, anschließen zu können. Konfektionierbare Stecker sind günstiger als bereits konfektionierte Stecker inklusive Kabel. Sie reduzieren jedoch das Fehlerrisiko bei der Verdrahtung, erleichtern Kunden das Leben und sind somit möglicherweise sogar kostengünstiger.
